CN107851991B - 电池保护电路模块及包括其的电池组 - Google Patents

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Abstract

根据本发明一观点的电池保护电路模块，其包括：第一阳极端子和第一阴极端子，与电池裸电池的电极端子电连接；第二阳极端子和第二阴极端子，与充电器或者电子仪器电连接；第一保护电路单元，其包括第一单一场效应晶体管和第一保护集成电路元件，所述第一单一场效应晶体管在所述第一阳极端子或者第一阴极端子中至少一个与所述第二阳极端子和第二阴极端子中至少一个之间接触，所述第一保护集成电路元件用于控制所述第一单一场效应晶体管；以及第二保护电路单元，其包括第二单一场效应晶体管和第二保护集成电路元件，所述第二单一场效应晶体管在所述第一阳极端子或者第一阴极端子中至少一个与所述第二阳极端子及第二阴极端子中至少一个之间接触，所述第二保护集成电路元件用于控制所述第二单一场效应晶体管。

Description

电池保护电路模块及包括其的电池组
技术领域
本发明涉及用于电子装置的电池，更为具体地，涉及一种用于保护电池的电池保护电路模块及包括其的电池组。
背景技术
通常，电池应用于移动电话、PDA等电子装置中。锂离子电池作为广泛应用于可携带终端等中的电池，当过充电、过电流时发热，持续发热使温度上升，则导致性能下降甚至具有爆炸的危险。因此，为了防止这种性能下降，在电池中安装用于停止电池工作的电池保护电路装置的必要性日益增加。
<先行技术文件>
1.公开专利公布10-2007-0044544(2007年04月30日)
2.授权专利公报10-0791551(2007年12月27日)
发明内容
技术课题
一般的电池保护电路装置使用两个场效应晶体管作为开关元件用于控制充电和放电，但是，由于工作电阻的增加导致性能下降并且很难使体积减小。
本发明的目的在于，为了解决包括如上所述问题在内的各种问题，提供一种利用单一场效应晶体管的电池保护电路模块及电池组。但是，该课题仅为示例，非用于限制本发明的范围。
课题的解决手段
根据本发明一观点的电池保护电路模块，包括：第一阳极端子和第一阴极端子，与电池裸电池的电极端子电连接；第二阳极端子和第二阴极端子，与充电器或者电子仪器电连接；第一保护电路单元，其包括第一单一场效应晶体管和第一保护集成电路元件，所述第一单一场效应晶体管在所述第一阳极端子或者第一阴极端子中至少一个与所述第二阳极端子和第二阴极端子中至少一个之间接触，所述第一保护集成电路元件用于控制所述第一单一场效应晶体管；以及第二保护电路单元，其包括第二单一场效应晶体管和第二保护集成电路元件，所述第二单一场效应晶体管在所述第一阳极端子或者第一阴极端子中至少一个与所述第二阳极端子及第二阴极端子中至少一个之间接触，所述第二保护集成电路元件用于控制所述第二单一场效应晶体管。
所述电池保护电路模块中，所述第二保护电路单元和所述第一保护电路单元中至少一个单元可替代PTC热敏电阻且用于保护过电流。
所述电池保护电路模块中，所述第二单一场效应晶体管及/或所述第一单一场效应晶体管包括漏极端子、源极端子、栅极端子及阱端子，所述第二单一场效应晶体管的源极端子与所述第一阴极端子电接触，所述第一单一场效应晶体管的漏极端子与所述第二阴极端子电接触，所述第二单一场效应晶体管的漏极端子与所述第一单一场效应晶体管的源极端子相互电接触，所述保护集成电路元件控制电接触的所述栅极端子，控制所述单一场效应晶体管的开关，利用内部开关元件控制所述阱端子的偏置以控制所述电池裸电池的充放电，所述保护集成电路元件包括基准端子、感知端子及与所述阱端子接触的偏置端子，所述偏置端子与所述基准端子和所述感知端子两者之一一直保持接触，所述内部开关元件在所述基准端子和所述感知端子中与所述偏置端子不一直保持接触的端子和所述偏置端子之间接触。
所述电池保护电路模块中，所述保护集成电路元件可包括二极管，所述二极管在所述偏置端子及与所述偏置端子接触的所述基准端子和所述感知端子中任意一个之间接触以使所述偏置端子方向为正方向。
所述电池保护电路模块中，所述偏置端子与所述基准端子一直保持连接且中间夹有所述二极管，所述内部开关元件夹在所述偏置端子和所述感知端子之间。当检测到过充电时，可开启所述内部开关元件。
所述电池保护电路模块中，所述偏置端子与所述感知端子之间夹有所述二极管并且与所述感知端子一直保持接触，所述内部开关元件夹在所述偏置端子和所述基准端子之间。当检测到过放电时，可开启所述内部开关元件。
所述电池保护电路模块中，所述第一保护电路单元及/或所述第二保护电路单元还可包括与所述保护集成电路元件接触的至少一个无源元件。
所述电池保护电路模块中，第一保护电路单元和第二保护电路单元可由具有相同布置的元件构成。
所述电池保护电路模块中，所述第一单一场效应晶体管及/或所述第二单一场效应晶体管包括漏极端子、源极端子、栅极端子及阱端子，所述保护集成电路元件控制电接触的所述栅极端子，控制所述单一场效应晶体管的开关，利用内部开关元件控制所述阱端子的偏置以控制所述电池裸电池的充放电，所述保护集成电路元件包括在所述第一阴极端子和所述漏极端子之间的基准端子、在所述第二阴极端子和所述源极端子之间接触的感知端子、及与所述阱端子接触的偏置端子，所述偏置端子与所述感知端子接触且中间夹有所述内部开关元件。
根据本发明的另一观点，还提供一种电池保护电路封装件。所述电池保护电路封装件包括基板；以及安装在所述基板上的上述所述电池保护电路模块。
根据本发明的又一观点，提供一种电池组。所述电池组包括电池裸电池；以及与所述电池裸电池连接的上述所述电池保护电路封装件。
根据如上所述的本发明实施例，可提供一种能够降低工作电阻并提高性能的、结构简洁的电池保护电路模块及具有该模块的电池保护电路封装件和电池组。当然，所述效果不能用于限制本发明的范围。
附图说明
图1是图示本发明一实施例涉及的电池保护电路模块一部分的概略电路图。
图2是图示本发明另一实施例涉及的电池保护电路模块一部分的概略电路图。
图3是图示本发明又一实施例涉及的电池保护电路模块一部分的概略电路图。
图4a至图4c是图示本发明第一实施例涉及的电池保护电路模块及模块封装件的概略电路图、透视图及平面结构图。
图5a至图5c是图示本发明第二实施例涉及的电池保护电路模块及模块封装件的概略电路图、透视图及平面结构图。
图6a至图6c是图示本发明第三实施例涉及的电池保护电路模块及模块封装件的概略电路图、透视图及平面结构图。
图7a至图7c是图示本发明第四实施例涉及的电池保护电路模块及模块封装件的概略电路图、透视图及平面结构图。
图8a至图8c是图示本发明第五实施例涉及的电池保护电路模块及模块封装件的概略电路图、透视图及平面结构图。
图9a至图9c是图示本发明第六实施例涉及的电池保护电路模块及模块封装件的概略电路图、透视图及平面结构图。
图10a至图10c是图示本发明第七实施例涉及的电池保护电路模块及模块封装件的概略电路图、透视图及平面结构图。
图11是图示本发明实施例涉及的电池保护电路模块一部分的变形例子的概略电路图。
图12是图示本发明另一实施例涉及的电池保护电路封装件的概略透视图。
图13是图示本发明又一实施例涉及的电池组的透视图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
本发明实施例是为了本发明所属技术领域具有一般知识的技术人员能够更加全面地理解本发明而提供的，以下实施例可变形为各种形态，本发明的范围不受限于以下实施例。该实施例反而能够使本公开更加充实，更加全面，且为了向本发明所属技术领域具有一般知识的技术人员更加完全地传达本发明的技术思想而提供。而且，为了便于说明，附图中各层的厚度或者大小被放大。
在说明本发明的实施例过程中，对于相同的附图标记，从电池保护电路的观点，将以电路的概念进行说明，而从电池保护电路封装的观点，将以元件或者电路部件的概念进行说明。
在说明本发明实施例的过程中，集成电路(IC，integrated circuit)是指用于处理特定的复杂功能而将诸多元件集成在一个芯片中的电子部件。
图1是图示本发明一实施例涉及的电池保护电路模块一部分的概略电路图。
参照图1，该实施例涉及的电池保护电路模块可包括与电池裸电池Bc的电极端子电连接的第一阳极端子102和第一阴极端子104，以及与充电器或者电子仪器电连接的第二阳极端子106和第二阴极端子108。例如，第一阳极端子102可以是与电池组内部的电池裸电池Bc的阳极连接的内部阳极端子B+，第一阴极端子104可以是与电池裸电池Bc的阴极连接的内部阴极端子B-，第二阳极端子106可以是与电池组外部的充电器或者电子仪器的阳极连接的外部阳极端子P+，第二阴极端子108可以是与充电器或者电子仪器的阴极连接的外部阴极端子P-。
进一步地，附图中虽未图示，本发明的部分实施例涉及的电池保护电路模块还可另行包括连接外部的端子。
电池保护电路模块可包括单一场效应晶体管112和保护集成电路元件P-IC、118，所述单一场效应晶体管112在第一阳极端子102或者第一阴极端子104中至少一个与第二阳极端子106和第二阴极端子108中至少一个之间接触，所述保护集成电路元件P-IC、118用于控制单一场效应晶体管112。
例如，单一场效应晶体管112可包括漏极端子D、源极端子S、栅极端子G及阱端子Bin，在第一阴极端子104与第二阴极端子108之间接触。例如，漏极端子D可与第一阴极端子104电接触，源极端子S可与第二阴极端子108电接触。只是，单一场效应晶体管112内部，不区分漏极端子D和源极端子S，因此两个端子的称呼可互换。
保护电路单元可由该单一场效应晶体管112及用于控制该单一场效应晶体管112的保护集成电路元件118构成。该保护电路单元通过感知电池的过放电，过充电及/或过电流，可停止电池裸电池的充放电或者停止工作。具体而言，保护集成电路元件118可通过控制单一场效应晶体管112来控制电池裸电池(BC)的过充电及/或过放电。
单一场效应晶体管112例如可以是N型场效应管(NMOSFET)。可包括一双寄生二极管PD1、PD2，所述一双寄生二极管PD1、PD2以接触在阱端子Bin上的节点n4为中心以相互相反的方向连接。例如，寄生二极管PD1在节点n4上接触以使漏极电极D方向为正方向，寄生二极管PD2在节点n4上接触以使源极电极S方向为正方向。
保护集成电路元件118内部可包括控制单一场效应晶体管112的控制逻辑。例如，控制逻辑可包括基准电压设定部、用于比较基准电压与充放电电压的比较部、过电流检测部、充放电检测部。
根据用户的要求的标准(SPEC)可改变充电状态和放电状态的判断基准，根据指定的基准，感知保护集成电路元件118的各端子间的电压差，并判断充电状态和放电状态。例如，为了输出控制逻辑，保护集成电路元件118可包括基准端子Vss、电源端子Vdd、感知端子V-、充放电控制信号输出端子CDout及偏置端子Bout。
保护集成电路元件118连接在节点n1、n2、n4上且中间夹有至少一个无源元件。例如，电源端子(vdd)与第一阳极端子102和第二阳极端子106之间的节点n1接触且中间夹有电阻R1，基准端子Vss可在第一阴极端子104和漏极端子D之间的节点n2上接触。在节点n1和节点n2之间的基准端子Vss与电源端子Vdd之间可夹有电容C1以防止两节点n1、n3之间的短路。感知端子V-可与节点n3接触且中间夹有电阻R2。在两节点n2、n3之间接触有电容C2，所述电容C2与单一场效应晶体管112并列接触。
基于此构成，保护集成电路元件118以基准端子Vss的电压为基准，通过电源端子Vdd可引入充电电压或者放电电压，通过感知端子V-可感知充放电状态及过电流状态。充放电控制信号输出端子CDout为了在电池的充电及/或放电时控制单一场效应晶体管112的开-关(on-off)，可与单一场效应晶体管112的栅极端子G连接。
电池的充电时充电电流从第二阳极端子106向第一阳极端子102方向流动，而且从第一阴极端子104向第二阴极端子108方向流动。电池放电时放电电流从第一阳极端子102向第二阳极端子106方向流动，而且从第二阴极端子108向第一阴极端子104方向流动。
保护集成电路元件118在电池放电时感知过电流状态或者过放电状态，通过充放电控制信号输出端子CDout输出低(LOW)信号，并关闭单一场效应晶体管112，电池充电时可感知过电流状态或者过充电状态，通过充放电控制信号输出端子CDout输出低(LOW)信号并关闭单一场效应晶体管112。由此，从第一阴极端子104至第二阴极端子108之间的电路被截断，从而可截断电池的过充电，过放电及/或过电流。
进一步地，保护集成电路元件118除了充放电控制信号输出端子CDout之外，通过附加的偏置端子Bout，向单一场效应晶体管112的阱端子Bin引入电压，从而可控制寄生二极管PD1、PD2的电场状态。
电阻R1和电容C1起到稳定保护集成电路元件118的供给电源的变动的作用。如果增加电阻R1的电阻，则检测电压时由于基于侵入保护集成电路元件118内部的电流使检测到的电压变高，因此电阻R1的电阻可设定为一定的值例如1KΩ以下的值。而且，为了稳定地工作，电容C1的容量值可进行适当的调整，例如可具有0.01μF以上适当的值。
当超过保护集成电路元件118的绝对最大额定值的高电压充电器或者充电器被反向连接时，电阻R1、电阻R2成为限制电流的电阻。由于电阻R1、电阻R2可能成为耗费电源的因素，因此通常电阻R1的电阻和电阻R2的电阻之和可设定为大于1KΩ。如果电阻R2的电阻过大，则在过充电停止后可能不会复位，因此电阻R2的电阻可设定为10KΩ或者10KΩ以下。
虽然电容C1不会对电池保护电路产品的特性带来很大影响，但是出于用户的要求或者稳定性的考虑可增加电容C1。电容C1是用于改善对电压变动或者外部噪音的耐性，从而具有使系统稳定的效果。
附图中虽未图示，为了静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)、涌浪保护(surge)，可选择地增加电阻和压敏电阻相互并列连接的结构。压敏电阻元件作为当发生过电压时电阻变小的元件，当发生过电压时，通过电阻下降可最小化基于过电压引起的电路损伤等。前面所述的保护电路单元中，无源元件的数量或者配置根据附加功能可进行适当的变化。
如前面所述的电池保护电路模块，使用非现有的双场效应晶体管而是使用单一场效应晶体管112，可降低电阻从而可整体上提高工作速度，而且还可期待产生使体积减小的附带效果。
前面所述的保护电路单元由于可通过半导体芯片构成，如果利用硅工艺技术，则能够以毫米至微米单位制成微小型。例如，不仅保护集成电路元件118和单一场效应晶体管112都可用半导体芯片制造，而且无源元件例如电阻R1、R2和电容C1、C2也能够以芯片形式制造。这种芯片结构利用表面安装技术(surface mounting technology，SMT)可容易地在基板上安装。
图2和图3是图示本发明实施例涉及的电池保护电路模块的一部分为其它例子的概略电路图。该实施例的电池保护电路模块是图1的电池保护电路模块中保护集成电路元件118的内部被更加具体化的例子，因此实施例中将省略重复说明。
参照图2和图3，保护集成电路元件118通过控制栅极端子G，控制单一场效应晶体管112的开关，利用内部开关元件SW1、SW2控制阱端子Bin的偏置，从而可控制电池裸电池Bc的充放电。
在保护集成电路元件118中，偏置端子Bout与基准端子Vss和感知端子V-两者之任意一个一直保持连接，内部开关元件SW1、SW2可在基准端子Vss和感知端子V-中不与偏置端子Bout一直保持连接的端子与偏置端子Bout之间连接。进一步地，保护集成电路元件118在偏置端子Bout和与偏置端子Bout连接的基准端子Vss和感知端子V-两者之任意一个之间包括二极管ID1、ID2，该二极管ID1、ID2用于使偏置端子Bout方向为正方向。
参照图2，偏置端子Bout一直与基准端子Vss保持连接且之间夹有二极管ID1，内部开关元件SW1可夹在偏置端子Bout和感知端子V-之间。更为具体而言，偏置端子Bout与节点n5连接，节点n5位于基准端子Vss和感知端子V-之间，在节点n5和基准端子Vss之间除了二极管ID1之外还可附加内部电阻R31。内部开关元件SW1可夹在节点n5和感知端子V-之间。二极管ID1可夹在节点n5和基准端子Vss之间以使基准端子Vss在节点n5上的方向为反方向。
正常充电时，内部开关元件SW1断开(turn-off)，单一场效应晶体管112开启(turn-on)，充电电流可通过单一场效应晶体管112的通道流动。内部开关元件SW1如果断开，则偏置端子Bout输出基准端子Vss的电压。
只是，当充电中检测到过充电时或者检测到充电过电流时，内部开关元件SW1开启(turn-on)，单一场效应晶体管112断开(turn-off)。如上所述，内部开关元件SW1如果开启，则偏置端子Bout与感知端子V-连接，并向阱端子Bin引入感知端子V-的电压。由此，充电时正方向的寄生二极管PD2变为无用，而反方向的寄生二极管PD1具有一定的耐电压功能，因此可截断从漏极D向源极S方向的充电电流。由此，电路可从整体上截断充电电流。
恢复充电时，感知电源端子Vdd、感知端子V-及/或基准端子Vss的设定电位的变化，以识别去除充电器或者连接负荷，从而开启单一场效应晶体管112，内部开关元件SW1可处于断开状态。
正常放电时内部开关元件SW1为断开(turn-off)，单一场效应晶体管112为开启(turn-on)，放电电流可通过单一场效应晶体管112的通道流动。
只是，放电时当检测到过放电或者放电过电流时，内部开关元件SW1为断开，单一场效应晶体管112也可以为断开。内部开关元件SW1如果断开，则偏置端子Bout维持与基准端子Vss的连接，阱端子Bin可引入基准端子Vss的电压。由此，放电时正方向的寄生二极管PD1为无用状态，反方向的寄生二极管PD2形成耐压，从而可截断从源极S向漏极D方向的放电电流。由此，电路整体上可截断放电电流。
恢复放电时通过感知电源端子Vdd、感知端子V-及/或基准端子Vss的设定电位的变化，以识别连接充电器或者去除负荷，从而开启单一场效应晶体管112，内部开关元件SW1可维持断开状态。
当控制上述充放电时，通过相对增加内部电阻R31的大小，从而可使基准端子Vss和偏置端子Bout之间或者基准端子Vss和感知端子V-之间的电流变小以至于可忽略不计。例如，内部电阻R31可约为10至20kΩ范围的值，由此，在基准端子Vss和感知端子V-之间，通过保护集成电路元件118的电流停留在数十至数百μA以下的漏泄电流水准，从而变小以至于可忽略不计。例如，感知过充电、感知充电过电流、感知过放电或者感知放电过电流时，不仅可截断通过单一场效应晶体管112的电流，也可截断通过保护集成电路元件118的电流。
参照图3，偏置端子Bout与感知端子V-之间夹有二极管ID2并一直与感知端子V-保持连接，内部开关元件SW2可夹在偏置端子Bout和基准端子Vss之间。更具体而言，偏置端子Bout连接在基准端子Vss和感知端子V-之间的节点n5上，节点n5和感知端子V-之间可夹有二极管ID2和内部电阻R32。例如，内部开关元件SW2可夹在节点n5和基准端子Vss之间。二极管ID2可连接在节点n5和感知端子V-之间以使感知端子V-方向在节点n5上为反方向。
正常充电时，内部开关元件SW2和单一场效应晶体管112皆为开启(turn-on)，充电电流可通过单一场效应晶体管112的通道流动。内部开关元件SW2如果开启，则偏置端子Bout上可输出基准端子Vss的电压。
只是，充电中当感知过充电时或者感知充电过电流时，内部开关元件SW2为断开(turn-off)，单一场效应晶体管112可为断开(turn-off)。内部开关元件SW12如果为断开，则偏置端子Bout与感知端子V-连接，阱端子Bin上导入感知端子V-的电压。由此，充电时正方向的寄生二极管PD2为无用状态，由于反方向的寄生二极管PD1具有一定的耐压功能，从而可截断充电电流。由此，电路整体上可截断充电电流。恢复充电时单一场效应晶体管112和内部开关元件SW2可皆为开启。
正常放电时，内部开关元件SW2和单一场效应晶体管112皆为开启(turn-on)，放电电流可通过单一场效应晶体管112的通道流动。
只是，放电中，当感知过放电或者感知放电过电流时，内部开关元件SW2为开启，单一场效应晶体管112可为断开。内部开关元件SW2如果开启，则偏置端子Bout与基准端子Vss保持连接，阱端子Bin上可导入基准端子Vss的电压。由此，放电时正方向的寄生二极管PD1为无用状态，反方向的寄生二极管PD2上产生耐压，从而可阶段从源极S至漏极D方向的放电电流。由此，电路整体上可截断放电电流。
恢复放电时，通过感知电源端子Vdd、感知端子V-及/或基准端子Vss的设定电位的变化，以识别连接充电器或者去除负荷，从而可将单一场效应晶体管112和内部开关元件SW2全部开启。
当控制上述充放电时，通过相对增加内部电阻R32的大小，使基准端子Vss和偏置端子Bout之间或者基准端子Vss和感知端子V-之间的电流变小以至于可忽略不计。例如，内部电阻R32可约为10至20kΩ范围的值，由此，在基准端子Vss和感知端子V-之间通过保护集成电路元件118的电流停留在数十至数百μA以下的漏泄电流水准，从而可变小以至于忽略不计。例如，感知过充电、感知充电过电流、感知过放电或者感知放电过电流时，不仅可截断通过单一场效应晶体管112的电流而且也可截断通过保护集成电路元件118的电流。
根据前面所述的实施例，控制单一场效应晶体管112的开-关，并通过内部开关元件SW1、SW2控制通过偏置端子Bout输出的偏置电压，从而通过单一场效应晶体管112可控制电池裸电池Bc的充放电。
此外，将偏置端子Bout与基准端子Vss或者感知端子V-中任意一个一直保持连接，仅仅通过一个内部开关元件(SW1或者SW2)，可控制偏置电压，从而可简化开关结构。而且，通过利用电阻R31、R32和二极管ID1、ID2控制充放电时，以漏泄电流水准去除流入保护集成电路元件118内的电流同时，还可通过感知充电器或者负荷的连接恢复充电和放电。
进一步地，在部分实施例中，保护集成电路元件118内部不另行准备晶体管，而是通过利用现有的换流器电路切换电压可，从而可简化电路。
图4a是图示本发明第一实施例涉及的电池保护电路模块的概略电路图。
参照图4a，本发明第一实施例涉及的电池保护电路模块包括第一阳极端子102和第一阴极端子104，其与电池裸电池Bc的电极端子电连接；第二阳极端子106和第二阴极端子108，其与充电器或者电子仪器电连接；第一保护电路单元，其包括第一单一场效应晶体管112和第一保护集成电路元件118，所述第一单一场效应晶体管112在第一阳极端子102或者第一阴极端子104中至少一个与第二阳极端子106和第二阴极端子108中至少一个之间连接，所述第一保护集成电路元件118用于控制所述第一单一场效应晶体管112；以及第二保护电路单元，其包括第二单一场效应晶体管122和第二保护集成电路元件128，所述第二单一场效应晶体管122在第一阳极端子102或者第一阴极端子104中至少一个与第二阳极端子106和第二阴极端子108中至少一个之间连接，所述第二保护集成电路元件128用于控制所述第二单一场效应晶体管122。
参照图1至图3中记载的单一场效应晶体管的构成和工作对第二单一场效应晶体管122和第二保护集成电路元件128之间的构成及工作与第一单一场效应晶体管112和第一保护集成电路元件118之间的构成及工作进行说明，在此省略其说明。
只是，以下图4a至图10a中说明的第二保护集成电路元件128和第一保护集成电路元件118的构成及工作不限于图1至图3中说明的内容，可进行各种变形。例如，第二保护集成电路元件128及/或第一保护集成电路元件118中，偏置端子不是与基准端子或者感知端子一直保持连接且之间夹有二极管的构成，也可通过增加内部开关元件的个数控制阱端子的偏置。附加地，在其他变形的实施例中，内部开关元件不内置在保护集成电路元件中，而是在外部通过另行提供可进行封装。
所述第一保护电路单元和所述第二保护电路单元中至少一个单元可替代PTC热敏电阻且用于包含过电流，例如，包括第二单一场效应晶体管122和第二保护集成电路元件128的所述第二保护电路单元可用于截断流向电池裸电池Bc的过电流，包括第一单一场效应晶体管112和第一保护集成电路元件118的所述第一保护电路单元可用于控制电池裸电池Bc的过充电及/或过放电。
附图中虽未图示，为了静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)、涌浪保护(surge)，可选择地增加电阻和压敏电阻相互并列连接的结构。前面所说的第二保护电路单元和第一保护电路单元中，无源元件的数量或者配置根据附加功能可具有适当的变化。
根据前面所述的本发明的双保护电路构成，利用第一保护电路单元和第一保护电路单元的双重保护结构保护电池裸电池Bc，因此可省略现有的过电流或者过热保护装置，例如PTC热敏电阻或者双金属结合构造等，从而可减小整体体积。第一保护电路单元和第一保护电路单元可由半导体芯片构成，因此如果利用硅工艺技术，则能够以毫米至微米单位制成微小型。
例如，可将第二保护集成电路元件128、第一保护集成电路元件118、第二单一场效应晶体管122、第一单一场效应晶体管112全部制成半导体芯片，而且也可以将无源元件，例如电阻R1、R2、R3及R4，电容C1、C2、C3及C4以芯片的形态制造。这种芯片的结构利用表面安装技术(surface mounting technology，SMT)，可容易地安装在基板上。
图4b图示了将图4a电路图中点划线表示的部分封装为一模块封装件20的透视图。图4b中图示的模块封装件20包括造型材料15，所述造型材料15是通过对图4c中图示的结构体20a进行建模而实现的。图4b中图示的模块封装件20中图示的输出端子的位置及形状根据设计图纸可能发生变化。图4c中图示的结构体20a作为在基板10上安装图4a电路图中点划线表示的区域对应的部件后利用电子连接部件12进行连接的结构体，也可以理解为是图示图4b中图示的模块封装件20内部的布线。基板10可由引线框构成，在其他变形例中，也可由印刷电路基板构成。电子连接部件12可由键合线或者键合带等。
此外，电池保护电路模块还可有多种变形例，以下举例说明。
图5b는将图5a电路图中点划线表示的部分封装为一模块封装件30的透视图，图5c图示了图5b中图示的模块封装件30的内部布局。即，图5b中图示的模块封装件30仅由第二单一场效应晶体管122和第二保护集成电路元件128构成一封装件。当然，利用这种方式也可以仅由第一单一场效应晶体管112和第一保护集成电路元件118构成一封装件。图5b中图示的模块封装件30中图示的输出端子的位置及形状根据设计图纸可能发生变化。此外，重复说明请参照图1至图3和图4a至图4c，在此省略其说明。
图6b图示了将图6a电路图中点划线表示的部分封装为一模块封装件40的透视图，图6c图示了图6b中图示的模块封装件40的内部布局。即，图6b中图示的模块封装件40仅由第二单一场效应晶体管122构成一封装件。当然，利用这种方式也可以仅由第一单一场效应晶体管112构成一封装件。图6b中图示的模块封装件40中图示的输出端子的位置及形状根据设计图纸可能发生变化。此外，重复说明请参照图1至图3和图4a至图4c，在此省略其说明。
图7b는将图7a电路图中点划线表示的部分封装为一模块封装件50的透视图，图7c图示了图7b中图示的模块封装件50的内部布局。即，图7b中图示的模块封装件50仅由第二保护集成电路元件128构成一封装件。当然，利用这种方式也可以仅由第一保护集成电路元件118构成一封装件。图7b中图示的模块封装件50中图示的输出端子的位置及形状根据设计图纸可能发生变化。此外，重复说明请参照图1至图3和图4a至图4c，在此省略其说明。
图8b는将图8a电路图中点划线表示的部分封装为一模块封装件60的透视图，图8c图示了图8b中图示的模块封装件60的内部布局。即，图8b中图示的模块封装件60由包括第一单一场效应晶体管112和第一保护集成电路元件118的第一保护电路单元和包括第二单一场效应晶体管122和第二保护集成电路元件128的第二保护电路单元及附加在所述第二保护电路单元的无源元件R3、R4、C3及C4构成一封装件。封装件内置的无源元件的个数不是固定的，根据需要也可以排除无源元件C4。图8b中图示的模块封装件60中图示的输出端子的位置及形状也可根据设计图纸发生变化。此外，封装件结构体中可露出V-2端子，Vdd2端子。此外，重复说明请参照图1至图3和图4a至图4c，在此省略其说明。
图9b는将图9a电路图中点划线表示的部分封装为一模块封装件70的透视图，图9c图示了图9b中图示的模块封装件70的内部布局。即，图9b中图示的模块封装件70由包括第一单一场效应晶体管112和第一保护集成电路元件118的第一保护电路单元和包括第二单一场效应晶体管122和第二保护集成电路元件128的第二保护电路单元及附加在所述第二保护电路单元的无源元件R3、R4、C3及C4和附加在所述第一保护电路单元的无源元件R1、R2、C1及C2构成一封装件。封装件内置的无源元件的个数不是固定的，根据需要也可以排除无源元件C2、C4。图9b中图示的模块封装件70中图示的输出端子的位置及形状也可根据设计图纸发生变化。此外，封装件结构体中可露出V-2端子，Vdd2端子，V-1端子，Vdd1端子。此外，重复说明请参照图1至图3和图4a至图4c，在此省略其说明。
图10a是图示本发明第一实施例涉及的电池保护电路模块的概略电路图。
参照图10a，本发明第一实施例涉及的电池保护电路模块包括第一阳极端子102和第一阴极端子104，其与电池裸电池Bc的电极端子电连接；第二阳极端子106及第二阴极端子108，其与充电器或者电子仪器电连接；第二保护电路单元，其包括第二单一场效应晶体管122和第二保护集成电路元件128，所述所述第二单一场效应晶体管122在第一阳极端子102或者第一阴极端子104中至少一个与第二阳极端子106和第二阴极端子108中至少一个之间连接，所述第二保护集成电路元件128用于控制所述第二单一场效应晶体管122；以及第一保护电路单元，其包括晶体管群114、116和第一保护集成电路元件118，所述晶体管群114、116在第一阳极端子102或者第一阴极端子104中至少一个与第二阳极端子106和第二阴极端子108中至少一个之间连接且包括相互串联的两个场效应晶体管，所述第一保护集成电路元件118用于控制所述晶体管群114、116。
第二单一场效应晶体管122和第二保护集成电路元件128间的构成可参照图1至图3中记载的单一场效应晶体管的构成及工作的说明，因此在此省略其说明。
与第一保护集成电路元件118电连接的晶体管群可包括相互串联的第一场效应晶体管114和第二场效应晶体管116。例如，第一场效应晶体管114和第二场效应晶体管116可为相同的类型，例如可为N型场效应管(NMOSFET)，在节点n5相互串联以共享漏极(drain)。由此，第一场效应晶体管114和第二场效应晶体管116的漏极和源极之间形成至少一个反方向的二极管，从而可控制第一阴极端子104和第二阴极端子108的电流流动。
第一保护集成电路元件118内部可包括用户控制晶体管群例如第一场效应晶体管114和第二场效应晶体管116的控制逻辑。例如，控制逻辑包括基准电压设定部、用于比较基准电压和充放电电压的比较部、过电流检测部、充放电检测部。充电状态和放电状态的判断基准可根据用户要求的标准(SPEC)进行变更，根据该制定的基准，认知第一保护集成电路元件118的各端子电压差并判定充电状态及放电状态。例如，第一保护集成电路元件118为了输出控制逻辑可包括基准端子VSS1、电源端子VDD1、感知端子V-1、放电截断信号输出端子Dout及充电截断信号输出端子Cout。
第一保护集成电路元件118可连接在节点n1、n2及n3上且之间夹有至少一个无源元件。例如，电源端子VDD1与节点n1连接且中间夹有电阻R1，基准端子VSS1可与节点n2连接。节点n1与节点n2之间的基准端子VSS1与电源端子VDD1之间夹有电容C1以了防止两节点n1、n2间的短路。感知端子V-1可与节点n3连接且之间夹有电阻R2。
根据这种构成，第一保护集成电路元件118以基准端子VSS1的电压为基准，通过电源端子VDD1可导入充电电压或者放电电压，通过感知端子V-1可感知充放电状态及过电流状态。
放电截断信号输出端子Dout为了在电池放电时控制晶体管群的开-关(on-off)，可连接在第一场效应晶体管114的栅极上。充电截断信号输出端子Cout为了在电池充电时控制晶体管群的开-关(on-off)，可连接在第二场效应晶体管116的栅极上。
电池充电时，充电电流从第二阳极端子106向第一阳极端子102方向流动而且从第一阴极端子104向第二阴极端子108方向流动。电池放电时，放电电流从第一阳极端子102向第二阳极端子106方向流动而且从第二阴极端子108向第一阴极端子104方向流动。
第一保护集成电路元件118如果在电池放电时感知到过电流状态或者过放电状态，则通过放电截断信号输出端子Dout输出低(LOW)信号并断开第一场效应晶体管114，如果在电池充电时感知到过电流状态或者过充电状态，则通过充电截断信号输出端子Cout输出低(LOW)信号断开第二场效应晶体管116。由此，相互串联的第一场效应晶体管114和第二场效应晶体管116中至少一个被断开，因此，截断从第一阴极端子104至第二阴极端子108之间的电路，从而可截断电池的过充电、过放电及/或过电流。
电阻R1和电容C1起到稳定第一保护集成电路元件118的供给电源的变动的作用。如果增加电阻R1的电阻，则检测电压时由于基于侵入第一保护集成电路元件118内部的电流检测的电压变高，因此电阻R1的电阻可设定为所定的值例如1KΩ以下的值。而且，为了稳定的工作，电容C1的容量值可进行适当的调整，例如可具有0.01μF以上适当的值。
当超过第一保护集成电路元件118的绝对最大额定值的高电压充电器或者充电器被反向连接时，电阻R1、电阻R2成为限制电流的电阻。由于电阻R1、电阻R2可能成为耗费电源的因素，因此通常电阻R1的电阻和电阻R2的电阻之和可设定为大于1KΩ。如果电阻R2的电阻过大，则在过充电停止后可能不会复位，因此电阻R2的电阻可设定为10KΩ或者10KΩ以下。
虽然电容C1不会对电池保护电路产品的特性带来很大影响，但是电容C1的增加是出于用户的要求或者稳定性的考虑。电容C1是用于改善对于电压变动或者外部噪音的耐性从而具有使系统稳定性的效果。
附图中虽未图示，为了静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)、涌浪保护(surge)，可选择性地增加电阻和压敏电阻相互并列连接的结构。压敏电阻元件作为当发生过电压时电阻变小的元件，当发生过电压时，通过电阻下降可最小化基于过电压引起的电路损伤等。
图10b图示了将图10a电路图中点划线表示的部分封装为一模块封装件80的透视图。图10b中图示的模块封装件80包括造型材料15，所述造型材料15是通过对图10c中图示的结构体80a进行建模而实现的。图10b中图示的模块封装件80中图示的输出端子的位置及形状根据设计图纸可能发生变化。例如，此外，根据需要封装件结构中可露出V-2端子、VDD2端子、V-1端子、VDD1端子。
图10c中图示的结构体80a作为在基板10上安装图10a电路图中点划线表示的区域对应的部件后利用电子连接部件12进行连接的结构体，也可以理解为是图示图10b中图示的模块封装件80内部的布线。基板10可由引线框构成，在其他变形例中，也可由印刷电路基板构成。电子连接部件12可由键合线或者键合带等。
前面所述的实施例中，在用于图示构成第一保护电路单元或者第二保护电路单元的一例子的图2中，电池保护电路模块的部分构成可变形为如图11。
参照图11，基准端子Vss和节点n5之间为开放状态，偏置端子Bout经过节点n5中间夹有内部开关元件SW1并与感知端子V-连接。即，图11的结构可对应于图2中省去二极管ID1和电阻R31的结构。
正常充电时，内部开关元件SW1断开(turn-off)，单一场效应晶体管112开启(turn-on)，充电电流可通过单一场效应晶体管112的通道流动。内部开关元件SW1如果断开，则偏置端子Bout可处于浮置(floating)状态。
只是，当充电中检测到过充电时或者检测到充电过电流时，内部开关元件SW1开启(turn-on)，单一场效应晶体管112断开(turn-off)。如上所述，内部开关元件SW1如果开启，则偏置端子Bout与感知端子V-连接，并向阱端子Bin引入感知端子V-的电压。由此，充电时正方向的寄生二极管PD2变为无用，而反方向的寄生二极管PD1具有一定的耐电压功能，因此可截断充电电流。由此，电路整体上可截断充电电流。
恢复充电时，感知电源端子Vdd、感知端子V-及/或基准端子Vss的设定电位的变化，以识别去除充电器或者连接负荷，从而开启单一场效应晶体管112，内部开关元件SW1可处于断开状态。
正常放电时内部开关元件SW1为断开(turn-off)，单一场效应晶体管112为开启(turn-on)，放电电流可通过单一场效应晶体管112的通道流动。
只是，放电时当检测到过放电或者放电过电流时，内部开关元件SW1为断开，单一场效应晶体管112也可以为断开。内部开关元件SW1如果断开，则偏置端子Bout可浮置。这种情况下，单一场效应晶体管112被设计为具有耐电压，无需在偏置端子Bout上连接基准端子Vss的电压，也能通过寄生二极管PD1、PD2截断放电电流。由此，电路整体上可截断放电电流。
恢复放电时通过感知电源端子Vdd、感知端子V-及/或基准端子Vss的设定电位的变化，以识别连接充电器或者去除负荷，从而开启单一场效应晶体管112，内部开关元件SW1可维持断开状态。
图12是图示本发明另一实施例涉及的电池保护电路封装件的概略透视图。
参照图12，前面所述的电池保护电路封装件300可通过在基板350上安装构成上述电池保护电路模块的至少一个以上部件并以封装的形式封装。例如，基板350可包括印刷电路基板或者引线框。基板350上安装的构成电池保护电路模块的至少一个以上部件可包括上述模块封装件20、30、40、50、60、70及80中任意一个。基板350上安装的构成电池保护电路模块的至少一个以上部件利用造型材料330封装成一个封装件。
在该实施例的变相例中，前面所述的保护电路单元为了减小体积也可以分别以芯片级封装(chip scale package，CSP)形态安装在基板350上。
在该实施例的变形例中，第二单一场效应晶体管122、第二保护集成电路元件128、第一单一场效应晶体管112、第一保护集成电路元件118可以叠层封装结构或者堆栈式封装(package on package，POP)结构进行制造。
图13是图示本发明又一实施例涉及的电池组的透视图。
参照图13，电池盒子400中内置的电池裸电池的上部面和上部外壳500之间插入有上述电池保护电路封装件300并构成电池组。上部外壳500由塑料及/或金属材料构成，为了使外部连接端子P+、P-露出在对应的位置上形成有贯通孔550。
这种电池裸电池的构成包括电极组合体和盖组合体。电极组合体由在阳极集流体上涂布阳极活性物而形成的阳极板，在阴极集流体上涂布阴极活性物质而形成阴极板及夹在所述阳极板和所述阴极板间用于防治两极板的短路并促使锂离子移动的隔离物构成。电极组合体上引出有附着在所述阳极板上的阳极片和附着在所述阴极板的阴极片。
盖组合体包括阴极端子410、垫片420及盖板430等。盖板430可起到阳极端子的作用。阴极端子410也可命名为阴极电池或者电极电池。垫片420由绝缘材料构成以使阴极端子410和盖板430绝缘。因此，电池裸电池的电极端子可包括阴极端子410和盖板430。
电池裸电池的电极端子包括第一极性(例如，阳极)板430和布置在板430内中央的第二极性(例如，阴极)的电极电池410，第一内部连接端子用引线B+与第一极性(例如，阳极)板430结合并电连接，第二内部连接端子用引线B-与第二极性(例如，阴极)的电极电池410接合且电连接。部分实施例中，引线框50的长度可相当于从第一极性(例如，阳极)板430的一端至第二极性(例如，阴极)的电极电池410的长度(L/2)。
根据部分实施例，以第二极性(例如，阴极)的电极电池410为基准仅使用上端部分的一侧区域来安装电池保护电路封装模块300，可实现电池的小型化或者高容量化。例如，在电极电池410的另一侧区域增加形成电池，可扩充电池容量或者布置具有其他功能的芯片等，从而为具有这种电池的应用产品的小型化做出贡献。
本发明虽然参照附图图示的实施例进行了说明，但这仅仅是用于举例说明，对于本技术领域具有一般技术知识的技术人员而言，应该能够理解基于上述实施例可进行各种变形及等同的其他实施例。因此本发明的真正的技术保护范围应该基于权利要求书记载的技术思想而确定。

Claims (19)

1.一种电池保护电路模块，其特征在于，该电池保护电路模块包括：
第一阳极端子和第一阴极端子，其与电池裸电池的电极端子电连接；
第二阳极端子和第二阴极端子，其与充电器或者电子仪器电连接；
第一保护电路单元，其包括第一单一场效应晶体管和第一保护集成电路元件，所述第一单一场效应晶体管在所述第一阳极端子或者第一阴极端子中至少一个与所述第二阳极端子和第二阴极端子中至少一个之间接触，所述第一保护集成电路元件用于控制所述第一单一场效应晶体管；以及
第二保护电路单元，其包括第二单一场效应晶体管和第二保护集成电路元件，所述第二单一场效应晶体管在所述第一阳极端子或者第一阴极端子中至少一个与所述第二阳极端子及第二阴极端子中至少一个之间接触，所述第二保护集成电路元件用于控制所述第二单一场效应晶体管，
其中，
所述第一单一场效应晶体管及/或所述第二单一场效应晶体管包括漏极端子、源极端子、栅极端子及阱端子，
所述第一保护集成电路元件控制电接触的所述栅极端子，控制所述第一单一场效应晶体管的开关，利用内部开关元件控制所述阱端子的偏置，以控制所述电池裸电池的充放电，和/或所述第二保护集成电路元件控制电接触的所述栅极端子，控制所述第二单一场效应晶体管的开关，利用内部开关元件控制所述阱端子的偏置，以控制所述电池裸电池的充放电，
所述第一保护集成电路元件及/或所述第二保护集成电路元件包括基准端子、感知端子及与所述阱端子接触的偏置端子，所述偏置端子与所述基准端子和所述感知端子两者之一一直保持接触，所述内部开关元件在所述基准端子和所述感知端子中与所述偏置端子不一直保持接触的端子和所述偏置端子之间接触。
2.如权利要求1所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述第二保护电路单元和所述第一保护电路单元中至少一个单元替代PTC热敏电阻且用于保护过电流。
3.如权利要求1所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述保护集成电路元件包括二极管，所述二极管在所述偏置端子及与所述偏置端子连接的所述基准端子和所述感知端子中任意一个之间接触以使所述偏置端子方向为正方向。
4.如权利要求3所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述偏置端子与所述基准端子一直保持接触且中间夹有所述二极管，所述内部开关元件夹在所述偏置端子和所述感知端子之间。
5.如权利要求4所述的电池保护电路模块，其特征在于，
当检测到过充电时，开启所述内部开关元件。
6.如权利要求3所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述偏置端子与所述感知端子之间夹有所述二极管并且与所述感知端子一直保持接触，所述内部开关元件夹在所述偏置端子和所述基准端子之间。
7.如权利要求6所述的电池保护电路模块，其特征在于，
当检测到过放电时，断开所述内部开关元件。
8.如权利要求1所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述第一保护电路单元及/或所述第二保护电路单元还包括与所述保护集成电路元件接触的至少一个无源元件。
9.如权利要求1所述的电池保护电路模块，其特征在于，
第一保护电路单元和第二保护电路单元由具有相同布置的元件构成。
10.一种电池保护电路模块，其特征在于，该电池保护电路模块包括：
第一阳极端子和第一阴极端子，其与电池裸电池的电极端子电连接；
第二阳极端子和第二阴极端子，其与充电器或者电子仪器电连接；
第一保护电路单元，其包括晶体管群和第一保护集成电路元件，所述晶体管群包括相互串联的两个场效应晶体管，并在所述第一阳极端子或者第一阴极端子中至少一个与所述第二阳极端子和第二阴极端子中至少一个之间接触，所述第一保护集成电元件用于控制所述晶体管群；以及
第二保护电路单元，其包括第二单一场效应晶体管和第二保护集成电路元件，所述第二单一场效应晶体管在所述第一阳极端子或者第一阴极端子中至少一个与所述第二阳极端子及第二阴极端子中至少一个之间接触，所述第二保护集成电路元件用于控制所述第二单一场效应晶体管，
其中，
所述第二单一场效应晶体管包括漏极端子、源极端子、栅极端子及阱端子，
所述第二保护集成电路元件控制电接触的所述栅极端子，控制所述第二单一场效应晶体管的开关，利用内部开关元件控制所述阱端子的偏置，以控制所述电池裸电池的充放电，
所述第二保护集成电路元件包括基准端子、感知端子及与所述阱端子接触的偏置端子，所述偏置端子与所述基准端子和所述感知端子两者之一一直保持接触，所述内部开关元件在所述基准端子和所述感知端子中与所述偏置端子不一直保持接触的端子和所述偏置端子之间接触。
11.如权利要求10所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述第二保护电路单元和所述第一保护电路单元中至少一个单元替代PTC热敏电阻且用于保护过电流。
12.如权利要求10所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述保护集成电路元件包括二极管，所述二极管在所述偏置端子及与所述偏置端子连接的所述基准端子和所述感知端子中任意一个之间接触以使所述偏置端子方向为正方向。
13.如权利要求12所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述偏置端子与所述基准端子一直保持接触且中间夹有所述二极管，所述内部开关元件夹在所述偏置端子和所述感知端子之间。
14.如权利要求13所述的电池保护电路模块，其特征在于，
当检测到过充电时，开启所述内部开关元件。
15.如权利要求12所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述偏置端子与所述感知端子之间夹有所述二极管并且与所述感知端子一直保持接触，所述内部开关元件夹在所述偏置端子和所述基准端子之间。
16.如权利要求15所述的电池保护电路模块，其特征在于，
当检测到过放电时，断开所述内部开关元件。
17.如权利要求10所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述第一保护电路单元及/或所述第二保护电路单元还包括与所述保护集成电路元件接触的至少一个无源元件。
18.一种电池保护电路封装件，其特征在于，该电池保护电路封装件包括：
基板；以及
所述基板上安装的权利要求1或者权利要求10所述的电池保护电路模块。
19.一种电池组，其特征在于，该电池组包括：
电池裸电池；以及
与所述电池裸电池连接的权利要求18所述的电池保护电路封装件。
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